好文推荐｜常熟理工学院无锡物联网创新中心有限公司&江苏省物联网创新中心昆山分中心研究成果：人机共驾型车道保持鲁棒控制

作者：中国汽车工程学会发布时间：2024-11-07

《汽车工程》2024年第10期发表了常熟理工学院无锡物联网创新中心有限公司&江苏省物联网创新中心昆山分中心研究成果 “人机共驾型车道保持鲁棒控制”一文。为了更好地让共驾型车道保持控制系统能够预判驾驶人的转向行为，论文提出了一种间接式共驾型车道保持鲁棒控制算法，建立了驾驶人在环的线性时变人-车-路模型，设计了输出反馈γ 次优H∞鲁棒控制器与人机控制权分配策略，验证了采用人机控制权分配策略的鲁棒控制算法，有效增强了共驾过程中的合作程度，提升了人机协作的友好性。

一、研究背景

复杂场景的驾驶决策、新基建建设、社会伦理、权责界定相关立法等问题，很大程度上阻碍了无人驾驶技术的商业化落地。目前，驾驶人与条件/高度自动驾驶系统之间的不安全转换与协同控制是研究的热点及难点，而如何结合驾驶人技能与智能化车辆新技术设计出更具合作性的驾驶人在环的共驾系统以实现高效的人机协作仍然面临着巨大的挑战。

二、研究内容

1. 构建共驾型LKAS系统：驾驶人与智能驾驶辅助系统能够共享车辆控制权协同完成车道保持任务。

图1 共驾型LKAS系统设计

2. 构建驾驶人在环的线性时变人-车-路模型：引入驾驶人转向模型，利用IGA算法对驾驶人转向模型参数进行辨识，并将驾驶人纳入控制回路，构建了闭环的人-车-路模型。

（a）基于单点预瞄的车路参考模型

（b）驾驶人转向模型

图2 基于单点预瞄的车路参考模型及驾驶人转向模型

3. 设计输出反馈 γ 次优H∞鲁棒控制器：根据Riccati不等式与Schur补引理，将输出反馈γ次优H∞鲁棒控制器设计问题转化成带有LMI约束和线性目标函数的凸优化问题。

4. 设计人机控制权分配策略：通过大量的共驾试验对比，选取合适的设计参数β1、β2 、β3，绘制人机控制权模型的曲面图。

图3 人机控制权模型的曲面图

5.搭建驾驶人在环的集成平台：基于驾驶人在环的集成平台，分别开展了驾驶模式对比、控制策略对比、控制权模型参数对比、不同工况下的鲁棒性验证。

图4 驾驶人在环的试验台架与仿真工况

三、研究结果

1. 驾驶模式对比：共驾模式的轨迹跟踪效果仅次于机驾模式。

图5 车辆质心位置处的横向偏差对比

2. 控制策略对比：综合考虑车辆横向综合偏差与驾驶人的转向行为，使得智辅系统对驾驶人的干预减弱，一定程度上降低了人机冲突。

图6 不同控制策略下的干预因子与驾驶人控制权对比

3. 控制权模型参数对比及不同工况下的鲁棒性验证：当β1较大时，车辆横向偏差控制能力相对较高。当β2较大时，车辆横向偏差控制能力相对较低。在不同工况下，车辆质心位置处的横向偏差皆能控制在可容许偏差范围内，具有较好的鲁棒性。

图7 不同模型参数下的横向偏差与驾驶人控制权对比

四、创新点与意义

论文建立了驾驶人在环的线性时变人-车-路模型，能够有效模仿驾驶人的转向行为；基于T-S模糊控制理论设计了输出反馈 γ 次优H∞鲁棒控制器，克服了复杂工况下道路曲率扰动、线性模型适配不足的缺陷以及模型参数的时变特性等因素的影响；设计了一种人机控制权分配模型，为人机交互效果的显性表达以及人机控制权的有效管理提供了新思路，具有重要的理论意义和工程应用价值。

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责任编辑：戈文雅

责任校对：汪秀明

最终审核：张颖娟

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